软氮化用非调质钢以及软氮化部件制造技术

本发明专利技术提供一种软氮化部件以及适合作为该软氮化部件的原材料的软氮化用非调质钢，该软氮化部件即使在软氮化后进行水冷也具备600MPa以上的弯曲疲劳强度及优异的弯曲矫正性，软氮化用非调质钢具有如下的化学组成：其含有C：0.25～低于0.35%、Si：0.15～0.35%、Mn：0.85～1.20%、S≤0.10%、Al：超过0.010%～0.030%、Ti：0.003～0.020%以及N：0.010～0.020%，余量由Fe及杂质组成，杂质中的P≤0.08%及Cr≤0.10%，并且(0.02C+0.22Mn+0.87Cr+0.85Al+0.72≥0.96)及(2.40C-0.54Mn-9.26Cr-0.01Al+1.59≥0.90)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及软氮化用非调质钢以及软氮化部件。具体而言涉及例如汽车、建筑机械等的引擎部件的曲轴等实施软氮化处理后使用的部件(以下称为“软氮化部件”)、以及适合在轧制后不实施“淬火-回火”、“正火”、“退火”等热处理而作为该部件的原材料使用的软氮化用钢(以下称为“软氮化用非调质钢”)。更详细而言涉及具备600MPa以上的高弯曲疲劳强度及优异的弯曲矫正性的软氮化部件，以及适合用作需要弯曲矫正的软氮化部件的原材料的、在各种软氮化条件、特别是在软氮化后的冷却工序中即使实施水冷时也可使软氮化部件具备上述特性的软氮化用非调质钢。上述的“弯曲矫正性”是指在软氮化处理之后的精加工工序中实施弯曲矫正处理时，达到大弯曲偏移量为止表面的软氮化层不产生裂纹的特性。
技术介绍
以汽车、建筑机械等的曲轴为代表，要求高弯曲疲劳强度及耐磨耗性的部件多数情况如下地制造:通过热锻造及机械加工而成形为规定的部件粗形状之后，在非调质的状态下实施高频淬火处理、软氮化处理等表面硬化处理。上述中软氮化处理的显著特征在于与高频淬火处理相比在表面硬化处理时产生的应变少。因此，尤其是曲轴等部件大多实施软氮化处理，但即使是软氮化处理的情况也并不是完全没有应变。所以，因软氮化处理而产生应变的软氮化部件通过在软氮化处理之后的精加工工序中进行弯曲矫正处理，从而进行去除应变。但是，对表层过度硬化的软氮化部件实施弯曲矫正处理时，存在表面的软氮化层产生裂纹的情况。而且软氮化层产生裂纹时，软氮化部件在弯曲矫正处理之前原本具有的弯曲疲劳强度将大幅降低。特别是在软氮化后的冷却工序中实施水冷等冷却速度快的处理时，软氮化部件的表层硬度变高，因此弯曲矫正性的降低不可避免。所以，软氮化部件也需要优异的弯曲矫正性。但另一方面，由于安全方面的问题或设备的制约，也存在软氮化后的冷却工序中仅能实施水冷处理的情况。因此，不必说软氮化后的冷却工序中实施油冷处理的情况，即使是实施水冷处理的情况，也特别需要稳定具备高弯曲疲劳强度及优异的弯曲矫正性的软氮化部件、以及适合作为该软氮化部件的原材料的软氮化用非调质钢。以往通过含有Mo等昂贵的合金元素，即使在非调质的状态下也可实现使软氮化部件兼具高弯曲疲劳强度及优异的弯曲矫正性。对此来自于产业界的如下需求不断增强:为了抑制原材料成本，尽可能不含有昂贵的合金元素，而仍希望使软氮化部件具备高弯曲疲劳强度及优异的弯曲矫正性。所以，为了应对上述需求，专利文献I公开了 “软氮化用非调质钢”，此外专利文献2公开了 “软氮化非调质钢构件”。具体而言，专利文献I公开的“软氮化用非调质钢”的特征在于，其以质量％计含有C:0.2 0.6%、Si:0.05 1.0%、Mn:0.25 1.0%、S:0.03 0.2%、Cr:0.2% 以下、s-ΑΙ:0.045% 以下、Ti:0.002 0.010%、N:0.005 0.025% 以及 O:0.001 0.005%,根据需要还含有 Pb:0.01 0.40%,Ca:0.0005 0.0050% 以及 B1:0.005 0.40% 中的 I 种或 2 种以上，并且满足(0.12ΧΤ < O < 2.5ΧΤ )及(0.04ΧΝ<0<0.7ΧΝ)的条件，余量由Fe及不可避免的杂质组成，热锻造后的组织为铁素体与珠光体的混合组织。专利文献2公开的“软氮化非调质钢构件”的特征在于，其由表面具有软氮化处理层且除软氮化处理层之外的钢截面组织具有铁素体+珠光体组织的非调质钢形成，并且上述钢的组成以Fe为主成分，以质量％计含有C:0.30 0.50%,S1:0.05 0.30%、Mn:0.50 1.00%、S:0.03 0.20%、Cu:0.05 0.60%、Ni:0.02 1.00%、Cr:0.05 0.30%,根据需要还含有〈I〉Ti:0.0020 0.0120%、N:0.0050 0.0250% 及 O:0.0005 0.008% 和〈2〉Ca:0.0005 0.0050%中的一者或两者，将Cu、Ni及Cr的各含有率分别记作WCu、WNi及WCr、将组成参数 Fl 及 F2 分别记作 Fl = 185WCr+50WCu、F2 = 8+4WNi+l.5WCu-44WCr 时，满足(Fl > 20)及(F2 > O)。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开2002-226939号公报专利文献2:日本特开2007-197812号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题前述的专利文献I所公开的技术的情况下，弯曲疲劳强度未达到600MPa。此外，专利文献I中未言及任何关于软氮化后的冷却工序中的冷却方法。专利文献2所公开的技术也与上述专利文献I的情况相同，弯曲疲劳强度未达到600MPa而且未言及关于软氮化后的冷却工序中的冷却手段。所以，本专利技术的目的在于提供软氮化部件以及适合作为该软氮化部件的原材料的软氮化用非调质钢，该软氮化部件特别是即使在软氮化后的冷却工序中实施水冷的情况下，也稳定地具备600MPa以上的高弯曲疲劳强度及优异的弯曲矫正性。用于解决问题的方案本专利技术人等为了解决上述的问题进行了各种研究。结果首先明确了下述事项(a) (C)。(a)Mn为不需含有Mo、V等昂贵的合金元素也可以廉价地使软氮化部件具备高弯曲疲劳强度的元素。(b)但是，若钢中含有Mn，则软氮化时表层渗入大量的氮，因此软氮化部件的表层过度地硬化、容易使弯曲矫正性降低。(c) Cr作为杂质而被含于钢中，其含量对软氮化部件的弯曲疲劳强度及弯曲矫正性有较大影响。所以，本专利技术人等进一步深入研究。其结果得到下述见解⑷ (i)。(d)通过将Mn的含量控制在较低水平，从而可以避免软氮化部件的表层过度地硬化、防止弯曲矫正性的降低。然而，此种情况下弯曲疲劳强度将会降低。(e)即使Mn的含量多，但若使用将C的含量控制在特定范围内的钢，则也可使软氮化部件具备高弯曲疲劳强度和优异的弯曲矫正性。(f)通过将作为杂质的Cr的含量控制在较低水平，可避免软氮化部件的表层过度地硬化、防止弯曲矫正性的降低。(g)若含有特定量的Al，则可使扩散层的深度增加而不使软氮化部件的表层过度地硬化。由此，可使软氮化部件具备高弯曲疲劳强度及优异的弯曲矫正性。(h)通过将C、Mn、Cr以及Al的含量控制在极适当的范围，从而在各种软氮化条件、特别是即使在软氮化后的冷却工序中实施水冷的情况下，也可使扩散层的深度增加而不使软氮化部件的表层过度地硬化。(i)Mn不仅使固溶氮增加从而强化表层，而且通过形成微细的Mn氮化物而强化表层。具体而言，使用提高·了 Mn含量的非调质钢实施软氮化的情况下，厚度5nm以下且宽度200nm以下的片状微细的Π-Mn3N2在构成扩散层的铁素体与珠光体的混合组织(以下称为“铁素体-珠光体组织”)的铁素体中保持共格状态地析出。如此在基体铁素体中共格析出的微细的片状析出物使软氮化部件的强度提高、有助于弯曲疲劳强度的提高。而且，该微细的片状析出物的析出大体在软氮化时保持高温的期间内完成，因此软氮化后的冷却工序中的冷却速度的影响小。所以，即使软氮化后的冷却工序中实施水冷处理，也可使软氮化部件稳定地具备高弯曲疲劳强度及优异的弯曲矫正性。本专利技术是基于上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.11.22 JP 2010-2597211.一种软氮化用非调质钢，其特征在于，其具有如下的化学组成，以质量％计，该软氮化用非调质钢含有C:0.25%以上且低于0.35%、S1:0.15 0.35%、Mn:0.85 1.20%、S:0.10% 以下、Al:超过 0.010% 且 0.030% 以下、T1:0.003 0.020% 以及 N:0.010 0.024%,余量由Fe及杂质构成，杂质中的P及Cr分别为P:0.08%以下及Cr:0.10%以下，并且下述式⑴及式⑵表示的Pl及P2分别为Pl彡0.96及P2彡0.90，Pl = 0.02C+0.22Mn+0.87Cr+0.85A1+0.72…(I)P2 = 2.40C-0.54Mn-9.26Cr-0.01A1+1.59…(2) 其中，上述式⑴及式⑵中的C、Mn、Cr以及Al是指该元素以质量％计的含量。2.一...

【专利技术属性】
技术研发人员：西谷成史，高须贺干，松本齐，祐谷将人，谷山明，佐野直幸，江头诚，高桥宏昌，斋藤勇，
申请(专利权)人：新日铁住金株式会社，本田技研工业株式会社，
类型：
国别省市：